面向增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果精細(xì)化設(shè)計.pdf

1、新材料新結(jié)構(gòu)的研發(fā)需要先進(jìn)的設(shè)計方法和先進(jìn)的制造工藝的結(jié)合。作為先進(jìn)的設(shè)計方法，拓?fù)鋬?yōu)化方法有廣闊的設(shè)計空間，為工程師提供有創(chuàng)造性的概念設(shè)計方案。先進(jìn)的增材制造技術(shù)因其“生長”成型的制造原理，具有對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大制造能力。拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法和增材制造技術(shù)的結(jié)合，既能發(fā)揮出兩者優(yōu)勢，又能互相彌補(bǔ)兩者存在的問題。實現(xiàn)兩者的結(jié)合需要解決諸多問題，例如:如何將拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果模型化，以實現(xiàn)增材制造;拓?fù)鋬?yōu)化給出了最優(yōu)構(gòu)型，通過形狀和尺寸優(yōu)化可進(jìn)一步提

2、高結(jié)構(gòu)性能。因此，如何實現(xiàn)基于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的考慮可制造性的精細(xì)化設(shè)計成為重要問題;由于增材制造的逐步生長特點，制造過程中需要支撐結(jié)構(gòu)，如何設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)殘余應(yīng)力與殘余變形的最小化是提高制造質(zhì)量的關(guān)鍵。針對這些需求，本文研究了面向增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果精細(xì)化設(shè)計方法，具體研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)面向增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果模型化新方法。拓?fù)鋬?yōu)化和增材制造的結(jié)合需要將拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果轉(zhuǎn)成CAD模型，借鑒圖像學(xué)算法，提取拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)

3、果骨骼并利用骨骼內(nèi)切圓尋找薄弱特征，結(jié)合過濾手段，快速地將拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果轉(zhuǎn)換為可直接打印的模型（STL文件）。為實現(xiàn)模型進(jìn)一步處理（如形狀優(yōu)化等），基于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的幾何特征，利用最少的控制點B樣條曲線擬合拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，并將B樣條轉(zhuǎn)化成可編輯、邊界光滑的CAD模型（IGES文件）。數(shù)值算例證明:滿足增材制造的最小尺寸約束，得到邊界光滑且保留主要特征的STL模型;較均勻擬合方法，自適應(yīng)擬合的IGES模型的控制點數(shù)目減少顯著。
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4、)面向增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果精細(xì)化設(shè)計。針對擬合拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果得到的CAD模型細(xì)節(jié)特征不準(zhǔn)確的問題，研究了拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果精細(xì)化設(shè)計方法。建立以邊界NURBS曲線控制點坐標(biāo)為設(shè)計變量，以結(jié)構(gòu)柔順性最小為目標(biāo)，考慮線性材料屬性和非線性材料屬性的優(yōu)化模型，并采用多島遺傳算法求解優(yōu)化問題。數(shù)值算例證明:精細(xì)化設(shè)計可以顯著減少應(yīng)力集中現(xiàn)象和提高結(jié)構(gòu)整體的剛度，得到性能更優(yōu)的CAD模型。
　　(3)基于瞬態(tài)熱力耦合拓?fù)鋬?yōu)化的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計。針對增材